CC BY
102
УДК 332.1:528.44
ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА ПЛОДОРОДИЯ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Юрий Степанович Ларионов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, кафедра экологии и природопользования, тел. (383)351-19-24, e-mail: [email protected]
Людмила Константиновна Трубина
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-09-11, е-mail: [email protected]
Борис Васильевич Селезнев
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-09-11, е-mail: [email protected]
Евгения Ивановна Баранова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Ольга Александровна Ларионова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат сельскохозяйственных наук, тел. (383)351-19-24, e-mail: [email protected]
Коротко рассмотрены биогеоценотические функции почв, принципы и основы воспроизводства плодородия почв.
Проблема состоит в том, что современные науки о почве и ее плодородии не имеют четкого и однозначного ответа на вопрос, что же такое плодородие и чем оно, главным образом, обуславливается, как эволюционно, так и ежедневно. Наука не сформулировала экономически и экологически приемлемые принципы наращивания плодородия почвы и не открыла (не сформулировала) Закон ее плодородия.
Сегодня необходимы эффективные методы контроля за технологиями использования почвенного плодородия. В качестве таковых, учитывая сегодняшнее развитие науки, необходимо разработать новые оперативные методы дистанционного зондирования и контроля (мониторинг) за почвенным плодородием и влияние на него используемых в сельском хозяйстве технологий выращивания продукции растениеводства для питания людей и кормов для животных.
Новая концепция земледелия - биоземледелие, основанная на законе плодородия почв, определяет содержание и поддержание требуемого уровня плодородия почв, и более обоснованных методов его мониторинга, как контроля за этим важнейшим природным ресурсом. По-существу, сегодня необходима разработка специального геоинформационного обеспечения проектирования, создания и мониторинга агроландшафтных систем земледелия на основе объединения усилий многих наук.
Ключевые слова: почва, плодородие, органическое вещество, баланс, биота, Закон плодородия почв, дистанционное зондирование.
PROBLEMS OF MONITORING THE FERTILITY OF AGRICULTURAL LAND PLANTS
Yury S. Larionov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc., Prof., Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Lyudmila K. Trubina
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc., Prof., head of the Department Ecology and Land Management, tel. (383)361-09-11, e-mail: [email protected]
Boris V. Seleznev
Siberian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., associate prof., Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. (383)361-09-11, e-mail: [email protected]
Yevgeny I. Baranova
Siberian State University of Geosystems and Technology, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., associate prof., Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
Olga A. Larionova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., tel. (383)361-08-86, e-mail: [email protected]
The biogeocoenotic functions of soils, principles and principles of soil fertility reproduction are briefly considered.
The problem is that modern science on soil and its fertility do not have a clear and unequivocal answer to the question of what is fertility and what it is mainly conditioned, both evolutionarily and daily. Science did not formulate economically and environmentally acceptable principles for increasing soil fertility and did not open (did not formulate) the law of its fertility. Today, effective methods of monitoring the technologies of soil fertility are needed. As such, given the current development of science, it is necessary to develop new operational methods for remote sensing and monitoring (monitoring) of soil fertility and the impact on it of technologies used in agriculture for the cultivation of plant products for human nutrition and animal feed.
The new concept of agriculture - biomedical farming, based on the law of soil fertility, determines the maintenance and maintenance of the required level of soil fertility, and more valid methods for monitoring it, as monitoring of this most important natural resource. Essentially, today it is necessary to develop a special geoinformation support for the design, creation and monitoring of agro-landscape farming systems on the basis of combining the efforts of many sciences.
Key words: soil, fertility, organic matter, balance, biota, soil fertility law, remote sensing.
Многовековая практика свидетельствует о том, что главными источниками жизнеспособности стабильности и процветания любого государства являются принадлежащие ему земельные ресурсы.
Современная сельскохозяйственная наука характеризует плодородие почв как способность почв удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые системы достаточным количеством возду-
ха, тепла и благоприятной физико-химической средой для нормального роста и развития [1-9]. Очевидно, недостаточно оценивать плодородие почвы с точки зрения достижения урожайности растений без учета условий, характера и последствий ее использования. Несомненно, традиционная трактовка плодородия почвы лишь с позиций оценки производительных функций должна быть приведена в соответствие с требованиями современного эволюционно-экологичес-кого императива, т. е. в современных технологиях плодородие почвы должно рассматриваться, как способность не только производить урожай растений, но и обеспечивать воспроизводство самой почвы как среды жизнеобеспечения всего живого на Земле [9-13, 14-19]. Однако, несмотря на всем хорошо известные научные достижения о сохранении плодородия почв, из отчетов и многочисленных книг по почвоведению, агрохимии, микробиологии, растениеводству, земледелию и др. науках о почвах и оценки их плодородия - сегодня плодородие почв продолжает падать [1, 4-9, 11-13, 20, 21]. Следовательно, современная наука о почве не владеет эволюционно и эколого-генетическими знаниями о законе ее плодородия, на основе которого необходимо строить технологии ее использования при возделывании сельскохозяйственных культур [4, 9, 11-13]. Фактически, проблема взаимодействия почв и общества, обостряющаяся современной высокой техногенной нагрузкой на биосферу, становится проблемой не только прикладных наук о почве, а проблемой социальной и может быть решена только с широким использованием образовательного и воспитательного процессов [10-14].
Следует подчеркнуть, что в процессе использования почва интегрирует свои качества с условиями окружающей среды, проявляя плодородие как эмер-джентный результат совместного воздействия живых организмов, почвы, тепла и света, выражающийся биопродуктивностью возделываемых растений, что указывает на почву как объект биосферы, имеющий сложные системные взаимодействия с ее различными элементами в эволюционном и экологическом аспектах [1-9]. В случае пастбищных и сенокосных угодий проявляется естественное плодородие, при использовании пашни - плодородие экономическое, включающее эффекты земледельческих технологий. Отметим, что плодородие динамично, подвержено влиянию, как естественных факторов почвообразования, так и антропогенной деятельности [1-9, 15-20]. Учитывая, что понятие плодородия многогранно в теории и практике любой вид землепользования (природного ресурса) связан с охраной земель, особо выделяемой и определяемой современным законодательством [15-19, 22-25] системы мер предотвращения и ликвидации разнообразных негативных факторов природного и техногенного характера.
Анализ научной литературы биологического, физико-химического и сельскохозяйственного профилей [1-7, 14-19] показывает, что энергетическая основа почвенных процессов связанных с ее образованием и плодородием эволю-ционно обусловлена использованием живой материей (в первую очередь растениями) солнечной и различных других космических источников энергии. При этом синтезированное органическое вещество (биомасса) является той основ-
ной формой энергии, которая используется живой материей в процессе ее эволюции, являясь одновременно связующим звеном живой и косной материи в биосфере и, вероятно, не только на Земле, но и в космосе. Органическое вещество, имея сложную биохимическую структуру, содержит в себе всю таблицу Д. Менделеева и в процессе последующей за фотосинтезом деструктуриза-цией (различной трансформацией) под действием биоты используется различными организмами (гетеротрофами) для своего существования. А применительно к почве ее появлению и формированию плодородия в процессе эволюции [1, 2, 8, 9, 14, 16, 17].
Биомасса растений и других организмов поступающая в почву в различных экологических условиях создает под действием биоты все многообразие биохимических процессов и свойств почвы, в том числе и плодородие. Почва, представляя собой сложнейшую геобиохимическую и физико-химическую ор-гано-минеральную систему, имеет ряд эмерджентных свойств (плодородие, средо- и жизнеобеспечение биоты и др.), отличающих ее от материнской породы [1, 2, 4, 6, 8, 9, 20 и др.]. Органическое вещество, поступающее в почву, являясь одновременно источником энергии для биоты трансформируется ею (минерализуется, гумифицируется, деструктуризуется, катализируется и т. д.), обеспечивая различные стороны ее плодородия. Органическое вещество, подвергнутое разнообразной биотой биохимическим преобразованиям обеспечивает плодородие и регулирует фактически все биохимические процессы в почве, растениях, клетках и, активизирует поглощение макро и микроэлементов, ультрафиолетового излучения растениями и ускоряет процесс фотосинтеза в листьях и мн. др.
Традиционные технологии земледелия и достаточно однообразная практика их применения (глубокая обработка почвы, огромные объемы минеральных удобрений, пестицидов и гербицидов, целый ряд иных методов и агроприемов) подобного разнообразия используемых почв учесть не могут, приводя к все более усугубляющимся негативным эффектам, в том числе в окружающей агро-ландшафты среде [4, 6, 8, 9].
В агрохимии и практическом земледелии, принято считать, что урожаи культур формируются преимущественно за счет минеральных элементов самой почвы, значимость органического вещества определяется, прежде всего, его ролью в формировании питательного режима почвы, через минерализацию и гумификацию его. Обращает на себя внимание также общепризнанное мнение, что ухудшение баланса гумуса, содержание углерода в почве и отсутствие оптимального сочетания элементов минерального питания для каждой культуры, в конкретных почвенно-климатических и агроэкологических условиях, в определенные фазы роста и развития - главные причины недобора урожаев и низкой стабильности земледелия [1, 3, 5, 6, 14, 15, 18 и др.]. Думается, что это очень общие и относительно условные представления, так как для каждой культуры и множества агроэкологических условий, причем в каждый конкретный момент и фазу развития растений, существуют свои оптимальные показатели соотношений и оптимумов в сочетании со всей биотой почвы и ее агрофизиче-
скими свойствами. То есть, вся агроэкологическая система представляет собой сложнейшую неопределенную систему с нелинейными процессами, управлять которой могут только универсальные сложно интегрированные признаки и свойства непрерывно эволюционирующей материи [1, 3, 4, 6, 13, 16, и др.]. Именно поиск таких универсальных интегральных показателей на системной основе, где присутствует иерархический принцип, позволяющий найти этот интегральный показатель, и может обеспечить открытие (формулировку) закона плодородия почв и разработку методов дистанционного зондирования этого плодородия в процессе возделывания сельскохозяйственных растений [1, 9-13, 23-26 и др.].
На современном этапе развития земледелия, несмотря на высокий уровень применения минеральных удобрений, значение гумуса как важнейшего показателя плодородия почв не только сохраняется, но и возрастает. Только при оптимальном гумусовом состоянии почв и содержании органического вещества возможна экономически выгодная реализация средств интенсификации земледелия и потенциальных возможностей высокопродуктивных сортов и гибридов без резкого увеличения доз минеральных удобрений. Власенко А. Н., Шарко-вым И. Н. и др. [1, 3, 14, 15, 22] сделан вывод, что значительное накопление гумуса в пахотных почвах возможно лишь при применении специальных мероприятий - удобрении культур мелиоративными дозами навоза (торфа) или переводе почвы в залежь. Однако необходимость в использовании таких мероприятий по И. Н. Шаркову возникает только для почв с содержанием гумуса ниже критического уровня, причем повышение гумусированности должно быть и в этом случае экономически обоснованным. Им определены основы стратегии и тактики современных земледельцев по проблеме воспроизводства почвенного гумуса, а наукой накоплено достаточно данных, подтверждающих это положение [1, 7, 14, 15, 18, 19 и др.]
Следует отметить, что роль залежи, промежуточных посевов, смесей, си-дератов, пожнивных и поукосных культур в земледелии проявляется не только в накоплении органического вещества. Они являются важным средством ослабления водной и ветровой эрозии, имеют важное фитосанитарное значение в специализированных севооборотах, оказывают положительное влияние на снижение засоренность полей севооборота, уменьшают потери питательных веществ от вымывания и т. п. Технологии их выращивания разработаны и рекомендованы местными научными учреждениями каждой области, края, республики [14, 18, 21, 22 и др.]. В связи с этим, в настоящей работе обращается внимание лишь на некоторые общие агротехнические подходы. Однако до настоящего времени наибольшее значение имеет все-таки обогащение почвы органическим веществом путем внесения органических удобрений: навоза, торфа и перегноя нацеленное на воспроизводство почвенного гумуса. Традиционным остается путь (сегодня показавший свою экологическую несостоятельность) повышения плодородия путем внесения подвижных (легко усвояемых) минеральных удобрений и пестицидов [11-13, 14]. Альтернативный путь (никого не устраивающий) это многолетняя залежь в течение 7-20 лет [18 и др.]. Та-
ким образом, несмотря на многочисленные научные исследования, земледелов, агрохимиков, почвоведов и других ученых, а также практиков четкого и однозначного ответа, что такое почвенное плодородие и чем оно определяется - нет. А отсюда и отсутствие до недавнего времени формулировки закона плодородия почв [11-13].
В. В. Докучаев [20], а сегодня [6, 14, 21, 22] ратуют за метод экологической оптимизации аграрных ландшафтов, который основывается на устройстве устойчивых агроландшафтов, моделирующих действие самой природы. При этом производственная деятельность в них должна быть адекватной природным закономерностям окружающей среды, т. е. соответствовать эволюционно - и эколого-генетическим принципам существования живой материи и почвообразовательному процессу на Земле [4, 6, 12-14, 18, 21, 22 и др.]. К сожалению, сельскохозяйственная наука и практика сев на «химическую иглу» отклонились от этого пути.
Отметим, что почвенные организмы, почвообразователи делают то, что пока не может делать человек со своей мощной научно-технической базой [11-13, 14]. Но они (биота) нуждаются в стабильной среде. Им необходимы кислород в системе проделанных ходов и запас органических остатков, убежища и ходы, которые не нарушаются человеком. Разумное ведение хозяйства, щадящие методы обработки почвы и максимальный отказ от химических средств защиты растений означают создание условий для сохранения живого биомира почвы - залога ее плодородия.
Краткий обзор позволяет подойти к пониманию и формулировке Закона плодородия почв с агроэкологических и физико-химических позиций:
Закон плодородия почв - плодородие почвы в любой агроэкологической зоне пропорционально балансу органического вещества в ней и подвижных минеральных элементов, находящихся в биосферном круговороте. Включает синтез органического вещества и всей биоты в агроэкосистеме, разложение и трансформацию его в сложные органо-минеральные комплексы, минерализацию, гумификацию и другие процессы [10, 11, 13].
Формулировка базируются на эволюционно-генетическом, эколого-генетическом принципах, возникновения и существования биосферы и ее компонента почвы, которые сегодня осуществляются человеком на фоне действия естественного и искусственного принципов отбора [1, 2, 10-13]. В современном представлении основные положения осуществления закона плодородия биологического земледелия показывают теоретически обоснованный путь использования эволюционно-генетического и эколого-генетического принципов в создании антропогенного, устойчивого агроэкологического комплекса, повышающего потенциальный энергетический и биологически эффективный ресурс биосферы и сельскохозяйственного производства.
Отсюда следует, что успешное функционирование закона плодородия в биоземледелии связано с соблюдением в агроэкосистемах и биоценозе следующих условий: 1. Обязательное чередование культур, на каждом поле с различными типами корневых систем (корнеоборот), мочковатая (глубина проник-
новения -0-30 см), промежуточная (30-60 см), стержневая (до 100 см и более), сформировавшихся в результате эволюционно - и эколого-генетических процессов у различных видов растений. 2. Чередование культур в плодосмене, смешанных, промежуточных, пожнивных, поукосных культурах и сидератов, должно осуществляется на основе корнеоборота с обязательным оставлением их биомассы на поле (т. е. контроль за энергетическим балансом органического вещества в почве - источником плодородия), заделкой ее в верхний слой почвы и созданием мульчи, а также агролесомелиоративных меропиятий, обеспечивающих дополнительные условия для тесного взаимодействие всей биоты и косной материи в агроэкосистеме. 3. Сохранение и накопление влаги (воды), как основного энергоинформационного компонента агроэкосистемы в корне-обитаемом слое почвы. 4. Сохранение целостности пахотного и всех других горизонтов почвы и живых организмов, обитающих в ней и на прилегающих участках (в биоценозе), а также биологической регуляции их роста и развития для обеспечения защиты культурных растений от фитофагов, возбудителей болезни, сорных растений, а также проведение биостимуляции процессов разложения органических остатков.
Как видим, в основе биоземледелия на базе закона плодородия почв лежит накопление органического вещества почвы при условии осуществлении корне-оборота, обеспечивающего подъем (круговорот) элементов минерального питания из нижних слоев почвы (материнская порода является неисчерпаемым источником элементов минерального питания - фосфора, калия и др., но большинство их труднодоступно для растений) в верхний слой, испытывающий дефицит в связи с ежегодным отторжением минеральных элементов питания с урожаем и где наиболее активно работают все типы корневых систем. В корнеоборот обязательно входят бобовые культуры, обеспечивающие на основе симбиоза с бактериями фиксацию азота из атмосферы, отсутствующего в почве. Пожнивные и поукосные культуры выполняют функцию не только поставщиков дополнительной массы органики в почву, но и как мульчирующий агент, для сохранения влаги в почве и стабилизации продуктивности агроценоза. Обязательным элементом корнеоборота является использование микробиологических препаратов ускоряющих разложение органических остатков и усиливающих азотфиксацию бобовыми культурами [16, 29, 38, 39].
Таким образом, принципы биоземледелия базируются на биогеохимической основе моделируя в своей основе большой и малый биосферные круговороты веществ [1, 2, 8, 9-13].
Критический анализ влияния современных технологий возделывания культурных растений на плодородие почвы и повсеместное падение его позволил нам и ряду других ученых [8, 9, 11-14, 22] сделать вывод о необходимости смены старой научной парадигмы использования интенсивной химизации земель на новую - биоземледелие. Мы разрабатываем и предлагаем новую концепцию использования почвенных ресурсов и наращивания плодородия земель в сельскохозяйственной отрасли на трех принципах биоземледелия [11-13]. Во-первых, что такое биоземледелие?
Биоземледелие - это управляемый человеком процесс возделывания культурных растений и повышения плодородия почвы в конкретных агроэкологиче-ских условиях, основанный на взаимодействии с другими видами растений, животными, микроорганизмами, обеспечивающим их защиту от болезней, вредителей и сорных растений биологическим путем.
Разрабатывая принципы управления плодородием почв в биоземледелие [11-13] включивших: корнеоборот, эдафтиный и эпифитный процессы в основу биоземледелия, мы сформулировали закон плодородия почв, который приведен выше. Он показывает, что плодородие почвы, являющейся элементом биосферы, базируется на круговороте веществ в ней, а само биоземледелие практическая модель этого круговорота в сельскохозяйственном производстве.
Закон плодородия почв показывает, что все биогеохимические процессы в почве и на земле осуществляются на основе органического вещества, эволю-ционно участвующем в малом круговороте. Органика содержит в своем составе ценные макро и микроэлементы (азот, фосфор, калий, медь, цинк, бор, марганец, молибден, кобальт и др.), которые при разложении образует с гуминовыми веществами комплексы, легко усваиваемые растениями, и именно гуминовые вещества наиболее эффективно транспортируют микроэлементы в растение. Определенное количество серы, азота, бора и других веществ поступает в растение через листья и корни. Чем быстрее развертывается рабочая листовая и корневая поверхность, и чем большую площадь она будет составлять, тем эффективнее осуществляется корневое и воздушное питание растений и большее количество вышеизложенных питательных веществ будет освоено растением. Что, в свою очередь, ведет к увеличению урожая. Последующая минерализация растительных остатков увеличивает в почве содержание легко растворимых в воде калийных, азотных и фосфорных соединений в несколько раз, что позволяет уменьшить дозу вносимого №К от 50 до 80 %. Биохимические преобразования органических веществ в гуминовые вещества обуславливает такое направление обменных процессов в растительном организме, которое приводит к стимуляции синтеза этих веществ (фитогормонов) и усилению ростовых процессов. Следует напомнить [1, 3, 7, 13, 15, 16, 18 и др.], что одним из составляющих органического вещества в почве являются: гуминовые, гиметомелано-вые, фульвокислоты. Основу последних составляет широкий спектр низкомолекулярных органических веществ: а) аминокислот; б) углеводов (глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза и другое); в) водорастворимых карбоновых кислот, среди которых преобладают янтарная, щавелевая, яблочная, фолевая, галловая, лимонная, бензойная, салициловая и другие; г) витамины (В1, В2, В12, РР и другие); д) макро- и микроэлементы в форме биодоступных органических соединений и минерализованном, доступном для растений и других живых форм виде. Гуминовые вещества обладают также: ауксино-цитокинино подобным эффектом - стимулируют рост и деление клеток, антистрессовым эффектом - повышает устойчивость растения к климатическим, техногенным и прочим стрессам, повышает содержание витаминов в плодах и обладает другими стимулирующими эффектами.
Учитывая все вышеперечисленное, можно сделать вывод, что органическое вещество и активность биоты почвы позволяют: поддерживать плодородие почвы, увеличить урожайность и качество, улучшить сохранность урожая при хранении; защитить растения от бактериальных и грибковых заболеваний, усилить развития корневой системы растений и их дыхание, повысить устойчивость растений к неблагоприятным факторам внешней среды (засуха, зной, избыточное увлажнение, заморозки и т. д.), производить более качественную и экологически чистую продукцию (с высоким содержанием витаминов, сахаров и других ценных веществ), повысить эффективность минеральных удобрений (сократить их дозы на 50-80 %) и пестицидов (сократить до 40-70 %) и мн. др.
Изучив все вышеперечисленные процессы и свойства, излагаемые в различных науках - биологии, биофизике, биохимии, физколлоидной химии, физиологии растений и животных, микробиологии, геологии, почвоведении, земледелии, растениеводстве и многих других науках, которые раскрывают физико-химическую, почвоведческую и агрономическую сущность синтезируемого в процессе фотосинтеза органическое вещество, можно сделать вывод, что органическое вещество в почве является основой ее плодородия и существования в процессе эволюции и позволяет на основе баланса поддерживать ее плодородие. Сегодня в результате антропогенного воздействия на почву интенсификации сельскохозяйственных технологий, уменьшение естественного плодородия - неоспоримый факт: снижение содержания гумуса, подвижных элементов питания, микроэлементов, органического вещества в верхнем слое почвы всем известные явления. Потери органического вещества сегодня восполняются лишь на одну треть.
А сегодняшний землепользователь в своем стремлении получить максимум продукции при минимальных затратах безразличен к качественному изменению земли, сделав основную ставку на химизацию земледелия и растениеводства (путь в никуда, требующий к тому же постоянно сильно возрастающих финансовых вложений).
В связи с этим вопросы охраны земель сельскохозяйственного назначения, их рационального использования являются наиболее актуальными с позиций дистантного оперативного мониторинга, представляют, по нашему мнению, стратегическую цель государственной политики.
Кратко остановимся на ряде подходов к дистантному контролю за плодородием почв, как одному из важнейших природных ресурсов для страны.
Необходимо отметить, что вопросы информационного обеспечения государственной кадастровой оценки земель сельскохозяйственного назначения, использование геоинформационных систем (ГИС) уже нашли место в народном хозяйстве [23-26]. При этом разработана технологическая схема и программное обеспечение (ПО) автоматизированной кадастровой оценки земель сельскохозяйственного назначения. ПО состоит из трех блоков, написанных на встроенном в геоинформационную систему Мар1пйэ языке, - оценка продуктивности почв (по уровню урожайности культур, важный, но далеко недостаточный показатель, во многом зависящий не только от плодородия почв), оценка техноло-
гических свойств земельных участков, вычисление кадастровой стоимости земельных участков на основе капитализации расчетного рентного дохода [24]. Но, к сожалению, это налогово-экономические подходы, не отвечающие главной задаче стоящей перед оперативным мониторингом плодородия почвы, используемой в сельскохозяйственном производстве, с целью получения экологически чистого продовольствия для людей и кормов для животных, как сегодня, так и на дальнюю перспективу.
На уровне фермерского хозяйства или группы хозяйств ГИС-технологии в развитых странах и РФ получают новое направление - recision agriculture -точное земледелие. Смысл его в том, что внесение минеральных удобрений и пестицидов на поля производится по результатам агрохимического обследования и карт засоренности полей в зависимости от наличия их в почве согласно агрохимических контуров в данном месте для возделываемой культуры. А их объемы и качество определяются с помощью ДЗЗ и ГИС-технологий, при этом средства химизации для повышения урожайности возделываемой культуры дифференцируются в пределах различных участков поля, давая максимальный эффект в снижении общего расхода применяемых препаратов и удобрений. Но вопрос в целом не стоит о контроле за плодородием почв.
С развитием генной инженерии и появлением генетически модифицированных культур, например в США, большое внимание уделяется контролю за производством продуктов питания с применением генетически модифицированных ингредиентов. При этом отслеживается (в том числе дистанционно) происхождение продуктов вплоть до поля, на котором они были выращены, а механизм идентификации позволяет контролировать их производство.
Еще одно интересное применение ГИС в сельском хозяйстве связано с его растущей глобализацией. В США обозначена важная проблема вторжения инфекций и вредителей сельхозкультур из других стран. Так, например, по результатам исследований строились пространственные модели распространения грибкового поражения сои, возбудитель которого происходит из Бразилии, и к которому у местных растений нет иммунитет. Это имеет прямое отношение к бактереологической войне и методам биологической защиты. Но задачу оперативной оценки естественного и эффективного плодородия почв никто не ставит. Причин несколько. Первое, и пожалуй самая главная - это отсутствие у официальной академической науки представлений о показателях объективно и всесторонне оценивающих плодородие почв, особенно в процессе ее сельскохозяйственного использования (для этого нами разработаны принципы биоземледелия и Закон плодородия почв [11-13]. Второе, отсутствие дистанционных методов такой оценки, в которые должны быть заложены принципы биоземледелия и закона плодородия почв, отражающие баланс и процессы трансформации органического вещества в почве, т. е. перед учеными стоит задача разработки мониторинга на основе показателей, отражающих баланс органического вещества и круговорот подвижных химических элементов.
Следует отметить, что в некоторых направлениях уже ведутся работы по усовершенствованию методик синтезирования изображений для выявления
комплексности почвенного покрова и растительности в геоинформационноми дискурсе управления территориями [23-26 и др.]. Л. Березиным и М. Шайахме-товым (2013, 2015) установлена возможность почвенного дешифрирования мультиспектральных космических снимков равнинных территорий без предварительного составления цифровой модели рельефа; определена возможность использования по характеру яркости отраженного сигнала прямого светоотра-жения с соотношением длинно- и коротковолновой части спектра для составления картограмм. Усовершенствованная методика (М. Р. Шаяхметова 2015 г.) почвенного дешифрирования на основе данных дистанционного зондирования Земли прошла проверку в хозяйствах Омской области на площади 17 тыс. га.
Таким образом, современные подходы к использованию ДЗЗ и ГИС не отвечают пока главной широкомасштабной задаче стоящей перед оперативным мониторингом плодородия почвы, используемого в сельскохозяйственном производстве, с целью получения экологически чистого продовольствия для людей и кормов для животных. Задача сегодняшнего дня ДЗЗ и ГИС разработка новых эффективных, подходов к контролю за почвенным плодородием (мониторингом его) для развития сельскохозяйственной отрасли и продовольственной безопасности страны.
Какими мы их видим:
1. Для осуществления оперативного контроля за состоянием плодородия почв, находящихся под воздействием сельскохозяйственных технологий необходимы новые методы оперативного автоматического мониторинга. В первую очередь это касается высокотехнологичных методов дистанционного зондирования земной поверхности, позволяющие в режиме онлайн отслеживать как положительные, так и отрицательные последствия влияния на агроэкологические свойства почв современных агротехнологий. И темпы наращивания биомассы на полях.
2. Ландшафты лесостепной и степной природных зон подвергаются наиболее интенсивному сельскохозяйственному воздействию и вместе с тем являются наиболее благоприятным ресурсом для развития земледелия, в связи с чем, они находятся в условиях повышенного риска и нуждаются в контроле и грамотном использовании для сохранения своего экосистемного аграрно-природного потенциала. Это связано с тем, что современные технологии производства растениеводческой продукции основаны на химизации (использовании для управления ростом и развитием возделываемых культур и сортов минеральных удобрений и химических средств защиты с болезнями и вредителями, а также сорными растениями), что, как было показано выше, является одной из главных причин деградации почв и экологического загрязнения полей и продукции растениеводства. Использование современных подходов для осуществления мониторинга состояния земель сельскохозяйственного назначения, а в частности высокотехнологичных методов дистанционного зондирования земной поверхности перспективно. Вместе с тем, казалось бы, на достаточно широкое использование в народном хозяйстве аэрофото- и космических снимков, в сельском хозяйстве тормозит отсутствие достаточно точных методов дистанционного зон-
дирования объективных показателей плодородия почв и универсальные методики почвенного дешифрирования аэрокосмических снимков для целей точного биоземледелия в конкретных природно-почвенных климатических зонах.
3. В связи, с чем необходимо для решение этой проблемы расширить поиск и разработку аэрокосмических показателей и оперативных методов оценки потенциального и эффективного плодородия почв их биологической активности в дополнение к существующим, не достаточно оперативным и трудоемким агрохимическим методам, а также применение их для обновления устаревшего картографического материала и мониторинга состояния окружающей среды.
4. Вполне закономерно, что целью поисковых работ может явиться изучение на основе материалов дистанционного зондирования Земли характера отражения-поглощения солнечной радиации почвами и агроценозами России для внедрения принципов биоземледелия, установление наличия и соотношения основных элементов питания и микроэлементов в почве, отражающих ее эффективное плодородие.
5. Вполне вероятно, что уже сегодня посредством выявления специфики поглощения солнечной радиации почвами и агроценозами на основе категориально-системного подхода возможно усовершенствование методики почвенно-агрохимического обследования земель сельскохозяйственного назначения любой почвенно-климатической зоны России. Контроль за формированием блоков биологической защиты растений и почвы на основе управления эдафитными и эпифитными процессами в агроэкосистемах с целью защиты растений биологическими методами, как фактора производства экологически чистой продукции.
6. Представляется целесообразным использование мультиспектральных космических снимков в целях корректировки почвенных карт установления наиболее информативных вариантов синтезирования диапазонов космической съемки для выявления комплексности почвенного покрова, состояние растительного покрова в плоть до его поражения болезнями и вредителями и составление картограмм для внедрения защитных и мелиоративных мероприятий в системе точного и биоземледелия.
7. В целях широкого внедрения биоземледелия в сельскохозяйственное производство, также необходимо расширение работ по уточнению спектрального состава диапазонов аэрокосмической съемки вегетирующих растений для составления картограмм по основным элементам питания, накоплению этих элементов, а возможно и микроэлементов, которые в первую очередь отражают состояние плодородия почв. К тому же эти направления необходимы для совершенствования в Российской Федерации кадастровой оценки земель.
В результате биоземледелие обеспечивает накопление органики, ее минерализацию, гумификацию, защиту возделываемых растений от болезней вредителей и сорняков и другие процессы, повышающие агрофизические свойства почвы, оптимизацию минерального питания растений, их защиту от болезней и вредителей, являющееся основными факторами почвенного плодородия. В этой связи особое значение приобретает комплекс задач по проектированию агроландшафтных систем биоземледелия.
Решение подобных сложных комплексных вопросов и внедрение биоземледелия возможно только на основе объединения усилий ученых различных наук о земле ее природных ресурсах и соответствующих отраслей практики.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Березин Л. В., Кленов Б. М., Леонова В. В. Экология и биология почв. - Омск : Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2008. - С. 122.
2. Вернадский В. И. Биосфера. - М. : Мысль, 1967. - 376 с.
3. Баланс углерода в черноземе выщелоченном при использовании его в различных севооборотах лесостепи Приобья / А. Н. Власенко, И. Н. Шарков, А. Г. Шепелев, Л. М. Само-хвалова, А. С. Прозоров // Сиб. вестник с.-х. науки. - 2009. - № 6. - С. 5-13.
4. Добровольский Г. В., Никитин Е. Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. - М. : Наука, 1990. - 261 с.
5. Каштанов А. Н. Сохраним и приумножим плодородие земли // Земледелие. - 1999. -№ 3. - С. 7-8.
6. Кирюшин В. И. Теория адаптивно-ландшафтного земледелия и проектирование аг-роландшафтов. - М. : КолосС, 2011. - 443 с.
7. Кленов Б. М. Гумус почв Западной Сибири. - М. : Наука, 1981. - 144 с.
8. Ковда В. А., Розанова Б. Г. Почвоведение. В 2 ч. - М. : Высшая школа. 1983. - Ч. 1. -400 с.; Ч. 2. - 368 с.
9. Ковда В. А. Биогеохимия почвенного покрова. - М. : Наука, 1985. - 363 с.
10. Ларионов Ю. С. Основы эволюционной теории (Концепции естествознания и аксиомы современной биологии в свете эволюции материи): учеб. пособие. - Омск : ИП Скорня-кова Е. В., 2012. - 233 с.
11. Ларионов Ю. С. Биоземледелие и закон плодородия почв / Сибирская гос. геодез. академ. ; Омский ГАУ. - Омск, 2012. - 207 с.
12. Ларионов Ю. С. Альтернативные подходы к современному земледелию и наращиванию плодородия почв (новая парадигма) // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 1 (21). - С. 49-60.
13. Биоземледелие - новая парадигма сельскохозяйственного производства и повышения плодородия почв. В 2 т. / Ю. С. Ларионов, О. А. Ларионова, Е. И. Баранова, Б. В. Селезнев. - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. - Т. 1. - 288 с.; Т. 2. - 209 с.
14. Овсянников Ю. А. Теоретические основы эколого-биосферного земледелия. - Екатеринбург : Изд-во УрГУ, 2000. - 263 с.
15. Орлов Д. С. Гуминовые вещества в биосфере. - М. : Наука, 1993. - С. 14.
16. Роде А. А. Генезис почв и современные процессы почвообразования. - М. : Наука,
1984.
17. Розанов Б. Г. Морфология почв. - М. : МГУ, 1983. - 320 с.
18. Сафонов А. Ф. Воспроизводство плодородия почв агроландшафтов : учеб. пособие. - М. : Изд-во РГАУ МСХА им. К. А. Тимирязева, 2011. - 390 с.
19. Сорокин И. Б. Возобновляемые биоресурсы повышения плодородия пахотных почв подтаежной зоны Западной Сибири : дис. ... д-ра с.-х. наук. - Омск, 2013.
20. Докучаев В. В. Русский чернозем // Докучаев В. В. Избран. соч. - М., 1954. -С. 149188.
21. Кашеваров Н. И., Сапрыкин В. С. Поливидовые посевы кормовых культур как фактор повышения их продуктивности и сбалансированности кормов / РАСХН. Сиб. отд-е ; СибНИИкормов. - Новосибирск, 2012. - 76 с.
22. Яшутин Н. В., Дробышев А. П., Хоменко А. И. Биоземледелие (научные основы, инновационные технологии и машины). - Барнаул : Изд-во АГАУ, 2008. - 191 с.
23. Трубина Л. К., Селезнев Б. В., Панов Д. В. Геоинформационный анализ форм рельефа для оценки земель // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Между-
нар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 2. - С. 54-58.
24. Каличкин В. К., Павлова А. И. Применение ГИС в кадастровой оценке сельскохозяйственных земель / РАСХН. Сиб. отд-е ; ГНУ СибНИИЗХим. - Новосибирск, 2006. - 76 с.
25. Карпик А. П., Осипов А. Г., Мурзицев П. П. Управление территорией в геоинформационном дискурсе. - Новосибирск : СГГА, 2010. - 279 с.
26. Березин Л. В., Шаяхметов М. Р. Применение методов ДЗЗ и ГИС для оценки потенциала поглощения солнечной энергии агроценозов // Geоmatics. - 2013. - № 2. - С. 87-90.
© Ю. С. Ларионов, Л. К. Трубина, Б. В. Селезнев, Е. И. Баранова, О. А. Ларионова, 2017
